納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征

透射電子顯微鏡掃描電子顯微鏡顯微鏡掃描隧道顯微鏡原子力顯微鏡法掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡X射線衍射X射線光電子能譜法紫外可見光譜光譜法拉曼光譜法其他光譜法熱分析

納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征透射電子顯微鏡(TEM)TEM的發(fā)展史：電子顯微鏡的發(fā)展歷史可遠(yuǎn)溯自1897年英人J.J.Thomson發(fā)現(xiàn)“電子”

;到了1912年vonLaue發(fā)現(xiàn)X光衍射現(xiàn)象，經(jīng)Bragg父子發(fā)揚(yáng)，一舉奠定X光的波性和利用電磁波衍射決定晶體結(jié)構(gòu)的方法;1924年

deBroglie發(fā)表質(zhì)波說;1926年Schroedinger及Heisenberg等氏發(fā)展量子力學(xué)，樹立電子波質(zhì)二元論的理論基礎(chǔ)。電子既然有波性，則應(yīng)該有衍射現(xiàn)象;1927年美國(guó)Davisson和Germer兩氏以電子衍射實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電子的波性。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征1934年Ruska在實(shí)驗(yàn)室制作第一部穿透式電子顯微鏡transmissionelectronmicroscope，TEM)，1936年，第一部商售電子顯微鏡問世。在1940年代，常用的50至100keV之TEM其分辨率(resolvingpower)約在l0nm左右，而最佳分辨率則在2至3nm之間。當(dāng)時(shí)由於研磨試片的困難及缺乏應(yīng)用的動(dòng)機(jī)，所以鮮為物理科學(xué)研究者使用。直到1949年，Heidenreich制成適於TEM觀察的鋁及鋁合金薄膜，觀察到因厚度及晶體力面不同所引起的像對(duì)比效應(yīng)，并成功的利用電子衍射理論加以解釋。同時(shí)也獲得一些與材料性質(zhì)有關(guān)的重要結(jié)果，才使材料界人士對(duì)TEM看法改變。但因?yàn)橐话阍嚻兄撇灰祝l(fā)展趨緩。一直到1950年代中期，由於成功地以TEM觀察到不銹鋼中的位錯(cuò)及鋁合金中的小G.P.區(qū)(G.P.zone)，再加上各種研究方法的改進(jìn)，如：(l)試片的研磨。(2)TEM一般的分辨率由2.5nm增進(jìn)到數(shù)埃。(3)雙聚光鏡的應(yīng)用可獲得漫射程度小、強(qiáng)度高、直徑在微米(μm)左右的電子束，增進(jìn)TEM微區(qū)域觀察的效力。(4)晶體中缺陷電子衍射成像對(duì)比理論的發(fā)展。(5)試樣在TEM中的處理，如傾斜、旋轉(zhuǎn)裝置之漸臻實(shí)用等。TEM學(xué)因此才一日千里，為自然科學(xué)研究者所廣泛使用。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征TEM的組成通常透射電鏡由電子光學(xué)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、循環(huán)冷卻系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，其中電子光學(xué)系統(tǒng)是電鏡的主要組成部分。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征透射電鏡的結(jié)構(gòu)納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征TEM的原理

透射電子顯微鏡是以波長(zhǎng)很短的電子束做照明源，用電磁透鏡聚焦成像的一種具有高分辨本領(lǐng)，高放大倍數(shù)的電子光學(xué)儀器。其主要特點(diǎn)是，測(cè)試的樣品要求厚度極薄（幾十納米），以便使電子束透過樣品。以高能電子（50-200keV）穿透樣品，根據(jù)樣品不同位置的電子透過強(qiáng)度不同或電子透過晶體樣品的衍射方向不同，經(jīng)過后面的電磁透鏡的放大后，在熒光屏上顯示出圖象；透射電鏡在加速電壓Ep=100keV下，電子的波長(zhǎng)為。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征高分辨電子顯微術(shù)（HREM）HREM可以觀察反映晶面間距的晶格條紋像，拍攝反映晶體結(jié)構(gòu)中原子或原子團(tuán)配置情況結(jié)構(gòu)像及單個(gè)原子的像。HREM像主要有三種：一維晶格像讓電子束從某一組晶面產(chǎn)生反射成像二維晶格像采用一個(gè)晶帶的反射成像.單原子像直接看到原子的位置。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征納米鐵電鏡照片CdSe量子點(diǎn)電鏡照片納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征CdSe量子點(diǎn)電鏡照片納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征膠體金電鏡照片納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征SEM

掃描電子顯微鏡(ScanningElectronMicroscope，SEM)，又可簡(jiǎn)稱掃描電鏡，它是介于透射電鏡和光學(xué)顯微鏡之間的一種微觀性貌觀察手段，可直接利用樣品表面材料的物質(zhì)性能進(jìn)行微觀成像。掃描電鏡有較高的放大倍數(shù)，20-20萬倍之間連續(xù)可調(diào)；有很大的景深，視野大，成像富有立體感，可直接觀察各種試樣凹凸不平表面的細(xì)微結(jié)構(gòu)，而且試樣制備簡(jiǎn)單。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征SEM發(fā)展史1935年Knoll提出SEM的原理，1942年制成第一臺(tái)SEM，現(xiàn)代的SEM是Oatley和他的學(xué)生從1948年到1965年在劍橋大學(xué)的研究成果。第一臺(tái)商品SEM是由英國(guó)的劍橋儀器公司生產(chǎn)的。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征掃描電鏡的工作原理

SEM的電子槍發(fā)出的電子束經(jīng)過柵極靜電聚焦后成為直徑50μm的點(diǎn)光源，然后在加速電壓（2～30kV）作用下，經(jīng)2～3個(gè)透鏡組成的電子光學(xué)系統(tǒng)，會(huì)聚成幾十埃的電子束聚焦在樣品表面。在末級(jí)透鏡上有掃描線圈，在它的作用下，電子束在樣品表面掃描。由于高能電子束與試樣物質(zhì)的相互作用，產(chǎn)生各種信號(hào)（二次電子、背散電子、吸收電子、X射線、俄歇電子、陰極發(fā)光和透射電子等）這些信號(hào)被相應(yīng)的接收器接收，經(jīng)放大器放大后送到顯像管（CRT）的柵極上，調(diào)制顯像管的亮度。由于掃描線圈的電流與CRT的相應(yīng)偏轉(zhuǎn)電流同步，因此試樣表面任意點(diǎn)的發(fā)射信號(hào)與顯像管熒光屏上的亮度一一對(duì)應(yīng)。試樣表面由于形貌不同，對(duì)應(yīng)于許多不相同的單元（像元），它們?cè)陔娮邮Z擊后，能發(fā)出為數(shù)不等的二次電子、背散電子等信號(hào)，依次從各像元檢出信號(hào)，再一一送出去。得到所要的信息。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征掃描電鏡成像襯度原理

在SEM中，用來成像的信號(hào)主要是二次電子，其次是背散射電子和吸收電子。用于分析成分的信號(hào)主要是X射線和俄歇電子。背散射電子像主要決定于原子序數(shù)和表面的凹凸不平。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征（1）形貌襯度入射角α越大，二次電子產(chǎn)額越多，圖中A部分比B部分二次電子信號(hào)強(qiáng)度大，形成襯度。二次電子可經(jīng)過彎曲的路程到達(dá)探測(cè)器，即背著檢測(cè)器的面發(fā)出的二次電子，也可到達(dá)探測(cè)器，故二次電子像沒有尖銳的陰影，顯示柔和的立體襯度。（2）原子序數(shù)Z差異造成得的襯度當(dāng)Z﹥20時(shí)，二次電子產(chǎn)額于Z無明顯變化，只有輕元素和較輕元素二次電子產(chǎn)額與組成成分有明顯變化。（3）電壓造成的襯度對(duì)于導(dǎo)體，正電位區(qū)發(fā)射二次電子少，在圖像上顯得黑，負(fù)電位區(qū)發(fā)射二次電子多，在圖像上顯得亮，形成襯度。適于集成電路的觀察。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征掃描電鏡的試樣制備

掃描電鏡是通過接收從樣品中“激發(fā)”出來的信號(hào)而成像的，它不要求電子透過樣品，可以適用塊狀樣品，故掃描電鏡的樣品制備遠(yuǎn)比透射電鏡樣品制備簡(jiǎn)單。SEM主要用于看塊狀材料的表面形貌和對(duì)樣品表面進(jìn)行化學(xué)成分分析，掃描電鏡樣品的尺寸不像TEM樣品那樣要求小而薄，掃描電鏡樣品可以是粉末狀的，也可是塊狀的，只要能放到掃描電鏡樣品臺(tái)上即可（掃描電鏡樣品可大到10cm）。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征掃描電鏡的試樣制備

導(dǎo)電樣品不需要特殊制備，可直接放到掃描電鏡下看。對(duì)非導(dǎo)電樣品，在電鏡觀察時(shí)，電子束打在試樣上，多余的電荷不能流走，形成局部充電現(xiàn)象，干擾了電鏡觀察。為此要在非導(dǎo)體材料表面噴涂一層導(dǎo)電物質(zhì)（如碳、金），涂層厚～，并使噴涂層與試樣保持良好的接觸，使累積的電荷可流走。為了減少充電現(xiàn)象，還可采用降低工作電壓的方法，一般用可消除充電現(xiàn)象。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征掃描電鏡下的神經(jīng)纖維束納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征大鼠肋胸膜表面間皮細(xì)胞掃描電鏡圖納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征SnO2/SiO2微米環(huán)的掃描電鏡形貌納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征用N型銀漿所制太陽電池電極柵線的掃描電鏡納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征STM發(fā)展史

1982年，IBM瑞士蘇黎士實(shí)驗(yàn)室的葛·賓尼（GBinning）和海·羅雷爾（HRohrer）研制出世界上第一臺(tái)掃描隧道顯微鏡（ScanningTunnellingMicro-scoPe，簡(jiǎn)稱STM）。STM使人類第一次能夠?qū)崟r(shí)地觀察單個(gè)原子在物質(zhì)表面的排列狀態(tài)和與表面電子行為有關(guān)的物化性質(zhì)，在表面科學(xué)、材料科學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域的研究中有著重大的意義和廣泛的應(yīng)用前景，被國(guó)際科學(xué)界公認(rèn)為20世紀(jì)80年代世界十大科技成就之一。為表彰STM的發(fā)明者們對(duì)科學(xué)研究所作出的杰出貢獻(xiàn)，1986年賓尼和羅雷爾被授予諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)金。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征STM的原理

掃描隧道顯微鏡的基本原理是將原子線度的極細(xì)探針和被研究物質(zhì)的表面作為兩個(gè)電極，當(dāng)樣品與針尖的距離非常接近(通常小于1nm)時(shí)，在外加電場(chǎng)的作用下，電子會(huì)穿過兩個(gè)電極之間的勢(shì)壘流向另一電極。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征STM的原理

掃描隧道顯微鏡(ScanningTunnelingMicroscope)的工作原理是基于量子力學(xué)中的隧道效應(yīng)。對(duì)于經(jīng)典物理學(xué)來說，當(dāng)一個(gè)粒子的動(dòng)能E低于前方勢(shì)壘的高度V0時(shí)，它不可能越過此勢(shì)壘，即透射系數(shù)等于零，粒子將完全被彈回。而按照量子力學(xué)的計(jì)算，在一般情況下，其透射系數(shù)不等于零，也就是說，粒子可以穿過比它能量更高的勢(shì)壘這個(gè)現(xiàn)象稱為隧道效應(yīng)納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征STM的原理納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征掃描隧道顯微鏡主要有兩種工作模式：恒電流模式和恒高度模式。

a)恒電流模式：如下圖所示，

納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征x-y方向進(jìn)行掃描，在z方向加上電子反饋系統(tǒng)，初始隧道電流為一恒定值，當(dāng)樣品表面凸起時(shí)，針尖就向后退；反之，樣品表面凹進(jìn)時(shí)，反饋系統(tǒng)就使針尖向前移動(dòng)，以控制隧道電流的恒定。將針尖在樣品表面掃描時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡在記錄紙或熒光屏上顯示出來，就得到了樣品表面的態(tài)密度的分布或原子排列的圖象。此模式可用來觀察表面形貌起伏較大的樣品，而且可以通過加在z方向上驅(qū)動(dòng)的電壓值推算表面起伏高度的數(shù)值。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征b)恒高度模式：如圖(b)所示，在掃描過程中保持針尖的高度不變，通過記錄隧道電流的變化來得到樣品的表面形貌信息。這種模式通常用來測(cè)量表面形貌起伏不大的樣品。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征原子力顯微鏡（AtomicForceMicroscope，AFM）

力檢測(cè)部分

原子力顯微鏡的結(jié)構(gòu)位置檢測(cè)部分

反饋系統(tǒng)納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征

原子力顯微鏡（AFM）便是結(jié)合以上三個(gè)部分來將樣品的表面特性呈現(xiàn)出來的：在原子力顯微鏡（AFM）的系統(tǒng)中，使用微小懸臂（cantilever）來感測(cè)針尖與樣品之間的相互作用，這作用力會(huì)使微懸臂擺動(dòng)，再利用激光將光照射在懸臂的末端，當(dāng)擺動(dòng)形成時(shí)，會(huì)使反射光的位置改變而造成偏移量，此時(shí)激光檢測(cè)器會(huì)記錄此偏移量，也會(huì)把此時(shí)的信號(hào)給反饋系統(tǒng)，以利于系統(tǒng)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，最后再將樣品的表面特性以影像的方式給呈現(xiàn)出來。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征原子力顯微鏡的基本原理

將一個(gè)對(duì)微弱力極敏感的微懸臂一端固定，另一端有一微小的針尖，針尖與樣品表面輕輕接觸，由于針尖尖端原子與樣品表面原子間存在極微弱的排斥力，通過在掃描時(shí)控制這種力的恒定，帶有針尖的微懸臂將對(duì)應(yīng)于針尖與樣品表面原子間作用力的等位面而在垂直于樣品的表面方向起伏運(yùn)動(dòng)。利用光學(xué)檢測(cè)法或隧道電流檢測(cè)法，可測(cè)得微懸臂對(duì)應(yīng)于掃描各點(diǎn)的位置變化，從而可以獲得樣品表面形貌的信息。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征原子力顯微鏡的基本原理

在系統(tǒng)檢測(cè)成像全過程中，探針和被測(cè)樣品間的距離始終保持在納米級(jí)，距離太大不能獲得樣品表面的信息，距離太小會(huì)損傷探針和被測(cè)樣品，反饋回路的作用就是在工作過程中，由探針得到探針-樣品相互作用的強(qiáng)度，來改變加在樣品掃描器垂直方向的電壓，從而使樣品伸縮，調(diào)節(jié)探針和被測(cè)樣品間的距離，反過來控制探針-樣品相互作用的強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)反饋控制。因此，反饋控制是本系統(tǒng)的核心工作機(jī)制。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡H.Synge早在1928年提出的近場(chǎng)成像原理在可見光波段得以實(shí)現(xiàn)，即入射光透過10nm的小孔、照射到相距10nm的樣品、以10nm步長(zhǎng)掃描，同時(shí)收集微小照明區(qū)的光學(xué)信號(hào)，則能夠克服衍射極限獲得超高光學(xué)分辨率。1972年Synge的思想由Z.Ash和第一次在微波波段(l=3cm)實(shí)現(xiàn)了分辨率為l/60的二維成像。1983年IBM蘇黎世實(shí)驗(yàn)室的等在鍍金屬膜的石英晶體尖端制備出納米尺度的光源，并采用隧道電流控制探針和樣品的間距，獲得了l/20的超衍射極限光學(xué)分辨率。幾乎同時(shí)，美國(guó)康奈爾大學(xué)的A.Lewis等將毛細(xì)管拉伸成漸細(xì)錐形并將端部所形成微孔作為納米光源，也獨(dú)立研制成功了近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡，從此揭開了近場(chǎng)光學(xué)研究的新篇章。1991年AT&T貝爾實(shí)驗(yàn)室的Betzig等以光纖為材料，用類似于制備毛細(xì)管探針的方法制備出錐形探針，并在錐的側(cè)面蒸鍍一層金屬膜而未鍍膜的探針頂部作為通光小孔，使通光效率比以往其他形式的各種探針都大大提高；而且首次采用剪切力原理控制樣品和探針的間距。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡成像原理和構(gòu)造掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡（Scanningnear-fieldopticalmicroscopy，SNOM），是一種具有亞波長(zhǎng)分辨率的光學(xué)顯微鏡。是用于納米材料表征唯一可獲得優(yōu)于光波長(zhǎng)分辨率的手段，是根據(jù)非輻射場(chǎng)的探測(cè)與成像原理，它使用一個(gè)孔闌限制的光纖探針去探測(cè)樣品附近的輻射,輻射的強(qiáng)度是樣品表面光學(xué)性質(zhì)的量度。分辨率由光探針口徑和探針與樣品之間的間隙大小決定,而與光源的波長(zhǎng)無關(guān)。將光探針以恒高度模式在樣品表面掃描,可以得到樣品的光學(xué)顯微圖像；如果用電子反饋線路調(diào)節(jié)探針的高度來保持光強(qiáng)的恒定,則得到樣品表面的形貌。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征

典型的掃描近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡由探針、信號(hào)傳輸元件、信號(hào)接收元件、信號(hào)反饋元件、掃描控制元件以及微機(jī)處理信號(hào)系統(tǒng)等組成。其中反饋、掃描控制及信號(hào)處理系統(tǒng)與掃描隧道顯微鏡或者原子力顯微鏡的做法有相同之處。不同的是，由于探測(cè)的是光場(chǎng)，所以使用光纖等作為信號(hào)傳輸元件，使用光電倍增管作為信號(hào)接收元件。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡的應(yīng)用通常近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡與原子力顯微鏡(AFM)結(jié)合使用，近場(chǎng)掃描光學(xué)顯微鏡通?？梢垣@得以下信息：1.反射率的改變；2.透過率的改變；3.折射率、極化、樣品材料的改變；4.材料局部應(yīng)力的改變引起光學(xué)性質(zhì)改變；5.材料磁的性質(zhì)改變引起光學(xué)性質(zhì)改變；6.分子熒光；7.拉曼遷移、SHG或其他效應(yīng)引起的分子激勵(lì)。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征

X射線衍射X射線衍射的發(fā)展史：1894年，德國(guó)物理學(xué)家倫琴發(fā)現(xiàn)了具有特別強(qiáng)的穿透力的新型的X射線。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征X射線衍射的發(fā)展史1912年，德國(guó)物理學(xué)家勞厄發(fā)現(xiàn)了X射線通過晶體時(shí)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，證明了X射線的波動(dòng)性和晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的周期性。他因此項(xiàng)成果于1914年獲獎(jiǎng)。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征X射線衍射的發(fā)展史1912年，小布拉格提出了著名的布拉格方程，成功地解釋了勞厄地實(shí)驗(yàn)事實(shí)以及清楚地解釋了X射線晶體衍射地形成。這一結(jié)果為X射線分析提供了理論基礎(chǔ)。1913年，老布拉格設(shè)計(jì)出第一臺(tái)X射線分光計(jì)，并發(fā)現(xiàn)了特征X射線。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征X射線衍射的發(fā)展史威廉·勞倫斯·布拉格（WilliamLawrenceBragg)1890年3月31日生于澳大利亞阿德萊德市1971年7月1日卒于英國(guó)伊普斯威奇

威廉·亨利·布拉格（WilliamHenryBragg)1862年7月2日誕生于英格蘭西部的坎伯蘭

1942年卒于英國(guó)伊普斯威奇布拉格父子開創(chuàng)了父子同獲諾貝爾獎(jiǎng)的先例，同時(shí)，小布拉格獲諾貝爾獎(jiǎng)時(shí)才25歲，至今還保持著諾貝爾獎(jiǎng)獲得者中獲獎(jiǎng)年齡最輕的紀(jì)錄。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征X射線衍射裝置X光電管樣品臺(tái)測(cè)角儀檢測(cè)器納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征X射線的產(chǎn)生

分析中常用的光源是X射線管，一般是由一個(gè)帶鈹窗口（可以透過X射線）的防護(hù)線的重金屬罩和一個(gè)具有絕緣性能的真空玻璃罩組成的套管。它有兩個(gè)電極：作為陰極的用于發(fā)射電子的燈絲（鎢絲）和作為陽極的用于接受電子轟擊的靶（又稱對(duì)陰極）。X射線管供電部分至少包含有一個(gè)使燈絲加熱的低壓電源和一個(gè)給兩極施加高電壓的高壓發(fā)生器。由于總是受到高能量電子的轟擊，陽極還需要強(qiáng)制冷卻。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征X射線衍射法

X射線照射到晶體上發(fā)生散射，其中衍射現(xiàn)象是X射線被晶體散射的一種特殊表現(xiàn)。晶體的基本特征是其微觀結(jié)構(gòu)（原子、分子或離子的排列）具有周期性，當(dāng)X射線被散射時(shí)，散射波中與入射波波長(zhǎng)相同的相干散射波，會(huì)互相干涉，在一些特定的方向上互相加強(qiáng)，產(chǎn)生衍射線。晶體可能產(chǎn)生衍射的方向決定于晶體微觀結(jié)構(gòu)的類型（晶胞類型）及其基本尺寸（晶面間距，晶胞參數(shù)等）；而衍射強(qiáng)度決定于晶體中各組成原子的元素種類及其分布排列的坐標(biāo)。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征

X射線光電子能譜

在表面分析技術(shù)中，XPS(X-rayPhotoelectronSpectroscopy,XPS或ElectronSpectroscopyforChemicalAnalysis,ESCA,X射線光電子能譜)是應(yīng)用最廣泛的方法之一。不僅可以定性地分析測(cè)試樣品地組成、化學(xué)價(jià)態(tài)等，還可以半定量地分析測(cè)試樣品組成中的原子數(shù)之比。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征XPS

引言X射線光電子譜是重要的表面分析技術(shù)之一。它不僅能探測(cè)表面的化學(xué)組成，而且可以確定各元素的化學(xué)狀態(tài)，因此，在化學(xué)、材料科學(xué)及表面科學(xué)中得以廣泛地應(yīng)用。X射線光電子能譜是瑞典Uppsala大學(xué)及其同事經(jīng)過近20年的潛心研究而建立的一種分析方法。他們發(fā)現(xiàn)了內(nèi)層電子結(jié)合能的位移現(xiàn)象，解決了電子能量分析等技術(shù)問題，測(cè)定了元素周期表中各元素軌道結(jié)合能，并成功地應(yīng)用于許多實(shí)際的化學(xué)體系。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征XPS

引言給這種譜儀取名為化學(xué)分析電子能譜(ElectronSpectroscopyforChemicalAnalysis)，簡(jiǎn)稱為“ESCA”，這一稱謂仍在分析領(lǐng)域內(nèi)廣泛使用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，XPS也在不斷地完善。目前，已開發(fā)出的小面積X射線光電子能譜，大大提高了XPS的空間分辨能力。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征光電子能譜分析的基本原理

一定能量的X光照射到樣品表面，和待測(cè)物質(zhì)發(fā)生作用，可以使待測(cè)物質(zhì)原子中的電子脫離原子成為自由電子。該過程可用下式表示：hn=Ek+Eb+Er。hn：X光子的能量；Ek：光電子的能量；

Eb：電子的結(jié)合能；

Er：原子的反沖能量。其中Er很小，可以忽略。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征光電子能譜分析的基本原理

對(duì)于固體樣品，計(jì)算結(jié)合能的參考點(diǎn)不是選真空中的靜止電子，而是選用費(fèi)米能級(jí)，由內(nèi)層電子躍遷到費(fèi)米能級(jí)消耗的能量為結(jié)合能Eb，由費(fèi)米能級(jí)進(jìn)入真空成為自由電子所需的能量為功函數(shù)Φ，剩余的能量成為自由電子的動(dòng)能Ek，上式又可表示為：hn=Ek+Eb+Φ；Eb=hn-Ek-Φ；儀器材料的功函數(shù)Φ是一個(gè)定值，約為4eV，入射X光子能量已知，這樣，如果測(cè)出電子的動(dòng)能Ek，便可得到固體樣品電子的結(jié)合能。各種原子，分子的軌道電子結(jié)合能是一定的。因此，通過對(duì)樣品產(chǎn)生的光子能量的測(cè)定，就可以了解樣品中元素的組成。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征XPS

X射線光電子譜儀X射線光電子譜儀納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征XPS

X射線光電子譜儀X射線光電子譜儀X射線源是用于產(chǎn)生具有一定能量的X射線的裝置，在目前的商品儀器中，一般以Al/Mg雙陽極X射線源最為常見。

納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征X射線光電子譜儀作為X射線光電子譜儀的激發(fā)源，希望其強(qiáng)度大、單色性好。同步輻射源是十分理想的激發(fā)源，具有良好的單色性，且可提供10eV~10keV連續(xù)可調(diào)的偏振光。在一般的X射線光電子譜儀中，沒有X射線單色器，只是用一很薄(1~2m)的鋁箔窗將樣品和激發(fā)源分開，以防止X射線源中的散射電子進(jìn)入樣品室，同時(shí)可濾去相當(dāng)部分的軔致輻射所形成的X射線本底。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征X射線光電子譜儀將X射線用石英晶體的(1010)面沿Bragg反射方向衍射后便可使X射線單色化。X射線的單色性越高，譜儀的能量分辨率也越高。除在一般的分析中人們所經(jīng)常使用的Al/Mg雙陽極X射線源外，人們?yōu)槟承┨厥獾难芯磕康?，還經(jīng)常選用一些其他陽極材料作為激發(fā)源。半峰高寬是評(píng)定某種X射線單色性好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。

納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征XPS

XPS分析方法

XPS主要應(yīng)用是測(cè)定電子的結(jié)合能來實(shí)現(xiàn)對(duì)表面元素的定性分析。X射線激發(fā)出來的光電子，根據(jù)光電子能量，可以標(biāo)識(shí)出是從哪個(gè)元素的哪個(gè)軌道激發(fā)出來的電子。對(duì)比譜圖可知，某種元素的存在。這樣就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)表面元素的定性分析。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征XPS

XPS分析方法

XPS譜圖中峰的高低表示這種能量的電子數(shù)目的多少，也即相應(yīng)元素含量的多少。由此，可以進(jìn)行元素的半定量分析。同時(shí)特別強(qiáng)調(diào)的是，XPS提供的半定量結(jié)果是表面3-5nm的成份，而不是樣品整體的成份。在進(jìn)行表面分析的同時(shí)，如果配合Ar離子槍的剝離，XPS譜儀還可以進(jìn)行深度分析。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征XPS

XPS分析方法

元素所處化學(xué)環(huán)境不同，其結(jié)合能也會(huì)存在微小差別，依靠這種微小差別（化學(xué)位移），可以確定元素所處的狀態(tài)。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征光譜法紫外可見光譜UV—Vis

它是研究分子吸收190~750nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的吸收光譜。紫外可見吸收光譜主要產(chǎn)生于分子價(jià)電子在電子能級(jí)間的躍遷，它的定量基礎(chǔ)是朗伯-比爾定律。

納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征儀器組成光源氘燈（185~395nm）、鎢燈（350~800nm）

單色器棱鏡或光柵樣品池石英容器

檢測(cè)器光電倍增管

記錄裝置納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征應(yīng)用

由于(金屬粒子內(nèi)部)電子氣(等離子體)共振激發(fā)或由于帶間吸收，它們?cè)谧贤庖豢梢姽鈪^(qū)具有吸收譜帶。不同的元素離子具有其特征吸收譜。因此，通過紫外可見光光譜，特別是與Mie理論的計(jì)算結(jié)果相配合時(shí)，能夠獲得關(guān)于粒子顆粒度、結(jié)構(gòu)等方面的許多重要信息。此技術(shù)簡(jiǎn)單方便，是表征液相金屬納米粒子最常用的技術(shù)。另外，紫外一可見光譜可觀察能級(jí)結(jié)構(gòu)的變化，通過吸收峰位置變化可以考察能級(jí)的變化。現(xiàn)在紫外-可見光譜法已經(jīng)成為表征納米材料的一種重要方法，得到了廣泛地應(yīng)用。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征紅外光譜紅外吸收光譜法（infraredabsorptionspectrum，IR)主要研究在振動(dòng)中伴隨有偶極矩變化的化合物。因此，除了單分子和同核分子如Ne，He，O2和H2等之外，幾乎所有的有機(jī)化合物在紅外區(qū)均有吸收。通常，紅外吸收帶的波長(zhǎng)位置與吸收譜帶的強(qiáng)度，反映了分子結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，可以用來鑒定未知物的結(jié)構(gòu)組成或確定其化學(xué)基團(tuán)；而吸收帶的吸收強(qiáng)度與分子組成或其化學(xué)基團(tuán)的含量有關(guān)，可以進(jìn)行定量分析和純度鑒定。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征

由于紅外光譜分析特征性強(qiáng)。對(duì)氣體、液體、固體試樣都可測(cè)定，并具有用量少，分析速度快，不破壞試樣的特點(diǎn)，因此，紅外光譜法不僅與其他許多方法一樣，能進(jìn)行定性和定量分析，而且該法是鑒定化合物和測(cè)定分子結(jié)構(gòu)的最有用方法之一。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征儀器類型光柵色散型分光光度計(jì)用于定性分析傅立葉變換紅外光譜儀適宜進(jìn)行定性和定量分析測(cè)定非色散型光度計(jì)用來定量測(cè)定大氣中各種有機(jī)物質(zhì)納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征

拉曼光譜法拉曼散射現(xiàn)象納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征拉曼散射現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)(C.V.Raman)NobelPrizeinPhysics1930拉曼光譜的發(fā)展簡(jiǎn)史共振拉曼效應(yīng)(Shorygin)1953激光出現(xiàn)1960共振拉曼選擇性的研究血色素和肌球素中亞鐵血紅素的發(fā)色團(tuán)（T.C.StrekasandT.G.Spiro)19721928納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征共振拉曼光譜表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)非線性拉曼光譜法快速掃描拉曼光譜法

近場(chǎng)拉曼光譜納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征共振拉曼光譜

共振拉曼光譜產(chǎn)生激光頻率與待測(cè)分子的某個(gè)電子吸收峰接近或重合時(shí)，這一分子的某個(gè)或幾個(gè)特征拉曼譜帶強(qiáng)度可達(dá)到正常拉曼譜帶的104~106倍,并觀察到正常拉曼效應(yīng)中難以出現(xiàn)的、其強(qiáng)度可與基頻相比擬的泛音及組合振動(dòng)光譜。與正常拉曼光譜相比，共振拉曼光譜靈敏充高，可用于低濃度和微量樣品檢測(cè)，特別適用于生特大分子樣品檢測(cè)，可不加處理的得到人體體液的拉曼譜圖。用共振拉曼偏振測(cè)量技術(shù)，還可得到有關(guān)分子對(duì)稱性的信息。RRS在低濃度樣品的檢測(cè)和絡(luò)合物結(jié)構(gòu)表征中，發(fā)揮著重要作用。

納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征表面增強(qiáng)拉曼光譜

由于普通拉曼散射是光子的非彈性散射，一般1010個(gè)光子只能有一個(gè)光子產(chǎn)生非彈性散射，所以拉曼散射特別弱,對(duì)表面尤其不敏感，其應(yīng)用受到很大限制。1974年,人們?cè)谖窖趸€原循環(huán)方法(OCR)粗糙化的銀電極表面上，首先觀察到了強(qiáng)度增加了103-106倍的拉曼散射信號(hào)，這就是表面增強(qiáng)拉曼散射。為表面研究提供了一種極其有效的手段。表面增強(qiáng)拉曼光譜在化學(xué)動(dòng)力學(xué)方面有廣泛應(yīng)用，它可現(xiàn)場(chǎng)提供金屬電解質(zhì)溶液界面的吸附分子的種類，吸附分子與電極表面的相互作用，吸附分子在電極表面存在的狀態(tài)等一系列有關(guān)表面吸附分子的詳細(xì)信息，從而表征出電場(chǎng)存在下電極和溶液界面的本質(zhì)結(jié)構(gòu)，這是傳統(tǒng)的化學(xué)方法所不易獲得的。表面增強(qiáng)拉曼光譜為從分子水平研究電極表面的結(jié)構(gòu)、組成和動(dòng)力學(xué)過程開辟了一條新的途徑。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征近場(chǎng)拉曼光譜

近年來納米材料蓬勃發(fā)展，對(duì)拉曼光譜的空間分辨率提出了更高的要求，而傳統(tǒng)光學(xué)手段受衍射分辨率的限制，無法對(duì)納米尺度的結(jié)構(gòu)進(jìn)行光譜探測(cè)，只能在遠(yuǎn)場(chǎng)收集大量納米結(jié)構(gòu)集合的平均光譜信息。近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡(scanningnear-fieldopticalmicroscope，SNOM)突破了傳統(tǒng)光學(xué)的衍射分辨率限制，利用掃描探針技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了使用光學(xué)手段觀測(cè)納米結(jié)構(gòu)。將近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡技術(shù)和拉曼光譜技術(shù)相結(jié)合，發(fā)展成為近場(chǎng)拉曼光譜技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)納米尺度上的散射光進(jìn)行收集，結(jié)合利用相對(duì)成熟的表面增強(qiáng)(Surfaceenhancement)、共振增強(qiáng)(Resonanceenhancement)等技術(shù)增強(qiáng)微弱的近場(chǎng)拉曼信號(hào)，獲得了樣品的近場(chǎng)拉曼光譜信息。近場(chǎng)光譜信息和被測(cè)樣品的近場(chǎng)像形成良好的對(duì)應(yīng)性，使近場(chǎng)拉曼光譜成為表征納米結(jié)構(gòu)的有利工具之一。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征基本原理納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征Synge于1928年提出了近場(chǎng)光學(xué)的概念，其核心是在光照射的物質(zhì)表面10～100rim的區(qū)域（光學(xué)近場(chǎng)）內(nèi)，引入某種微小物體充當(dāng)電偶極子，偶極子與物質(zhì)表面的光場(chǎng)相互作用，使局域在物質(zhì)表面納米尺度，且隨距樣品距離呈指數(shù)衰減的隱失場(chǎng)（或局域在樣品表面的光場(chǎng)）信息經(jīng)轉(zhuǎn)換被引導(dǎo)出來，通過后續(xù)光學(xué)系統(tǒng)傳遞到探測(cè)器上。近場(chǎng)拉曼光譜技術(shù)從原理上說與顯微拉曼光譜技術(shù)相似。在顯微拉曼光譜技術(shù)中，早期光譜儀器中收集樣品散射光的透鏡被數(shù)值孔徑(NA)相對(duì)較大的顯微物鏡所代替，提高了光譜收集效率和空間分辨率。引入近場(chǎng)光學(xué)技術(shù)之后，普通光學(xué)顯微物鏡被近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡代替，近場(chǎng)光學(xué)顯微鏡的探針進(jìn)入樣品表面的近場(chǎng)區(qū)域，將攜帶有樣品表面近場(chǎng)區(qū)域散射光的信號(hào)耦合進(jìn)入色散系統(tǒng)。納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征近場(chǎng)拉曼光譜儀

實(shí)現(xiàn)對(duì)納米結(jié)構(gòu)的近場(chǎng)拉曼光譜的檢測(cè)，從根本上說就是要建立起近場(chǎng)拉曼光譜裝置。近場(chǎng)拉曼光譜儀使用單色性高的激光光源照射樣品，從樣品表面激發(fā)出拉曼散射光，通過近場(chǎng)光學(xué)系統(tǒng)，利用探針收集或者無孔徑探針擾動(dòng)遠(yuǎn)場(chǎng)收集，將散射光送入分光系統(tǒng)—單色儀，經(jīng)濾光、分光后在單色儀后焦面上形成一系列譜線，將探測(cè)器置于單色儀的后焦面上，就可獲得譜線的強(qiáng)度、波長(zhǎng)等信息，經(jīng)計(jì)算機(jī)分析和處理，得到光譜圖。近場(chǎng)拉曼光譜儀的系統(tǒng)框圖如下圖：納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表征儀器框架納米微粒具體尺寸的結(jié)構(gòu)表